全網(wǎng)爭議的一道高考實驗題-2022年全國甲卷理科綜合卷第27題探析

全網(wǎng)爭議的一道高考實驗題——2022年全國甲卷理科綜合卷第27題探析摘要：探析22年高考甲卷27題實驗大題，逐一分析三個爭議問題的原因，以及各種答案的出現(xiàn)及其合理性分析，再結合相應實驗的文獻出處，深層次揭秘本次實驗的原理、步驟，分析爭議原因。關鍵詞：高考實驗題；優(yōu)質(zhì)硫化鈉；過濾；結晶提純；乙醇回流一、試題再現(xiàn)：2022年全國甲卷理科綜合卷27題實驗題部分如下硫化鈉可廣泛用于染料、醫(yī)藥行業(yè)。工業(yè)生產(chǎn)的硫化鈉粗品中常含有一定量的煤灰及重金屬硫化物等雜質(zhì)。硫化鈉易溶于熱乙醇，重金屬硫化物難溶于乙醇。實驗室中常用95%乙醇重結晶純化硫化鈉粗品?；卮鹣铝袉栴}：1.工業(yè)上常用芒硝(Na2SO4?10H2O)和煤粉在高溫下生產(chǎn)硫化鈉，同時生成CO，該反應的化學方程式為_______。2.溶解回流裝置如圖1所示，回流前無需加入沸石，其原因是_______。圖13.回流時間不宜過長，原因是_______。4.該實驗熱過濾操作時，用錐形瓶而不能用燒杯接收濾液，其原因是_______。其中蒸餾不加沸石，過濾用錐形瓶而不能用燒杯接收濾液是突破常規(guī)的問法。二、有爭議的填空有哪些不同的答案第2問回流前無需加入沸石，從學生答題角度看問題不大，既然加熱煮沸均需加沸石那現(xiàn)在不加肯定有什么東西充當沸石，從題目說明來看只能是煤灰及重金屬雜質(zhì)充當沸石。其他觀點認為加熱之前均應該加沸石，不加則是不規(guī)范操作，況且不是什么東西都可以充當沸石，有沒有孔隙及孔隙是否堵塞均是考慮因素。不宜摸擬試題曾出現(xiàn)過這樣的代替沸石而加以推廣。第3問回流時間不宜過長，這一空來看一下有哪些回答(本文所有回答均精選來自一線的教師QQ群或部分書店中高考真題卷的答案)。答案一長時間回流，乙醇帶出Na2S在球形冷凝管中聚集；答案二長時間回流消耗大量乙醇從而析出Na2S而造成損失，因為后續(xù)過濾操作以濾渣形式除去，此觀點重在乙醇揮發(fā)產(chǎn)品結晶析出與第一種析出不一樣；答案三減少溶劑揮發(fā)，避免多次回流時帶入過多空氣從而將Na2S氧化此觀點重在氧化。筆者認為高中階段蒸發(fā)或蒸餾雖然能帶出少量溶質(zhì)但一般不考慮可以忽略不計，所以答案一回答肯定不靠譜。另二種說法均有一定的道理，硫化鈉易氧化和水解學生有很深的認識。第4問該實驗過濾操作時，用錐形瓶而不能用燒杯接收濾液其原因。這空學生上課平時老師都是強調(diào)用燒杯來接，而現(xiàn)在不能用燒杯用錐形瓶接還要說出理由真的有點想不到原因。原因又只能從燒杯與錐形瓶的形狀差異來說，比如一個是豎直開口更大、液體易揮發(fā)，一個是收口開口更小、方便手捏住不下落比如滴定試驗等。答案一防止濾液冷卻(言下之意錐形瓶有保溫聚氣的作用)；答案二錐形瓶比燒杯口子小可以減少乙醇揮發(fā)同時減少熱量散失，防止硫化鈉晶體析出(只是語言上更明確而已防析出)；答案三燒杯口徑大熱量散失快易造成硫化鈉析出，且硫化鈉易被空氣中氧氣氧化乙醇易揮發(fā)，所以選擇口徑小的錐形瓶(相當于多了一點防止氧化)；答案四防止液體沿燒杯內(nèi)壁流下過程中與空氣接觸使硫化鈉被氧化。(這個是聯(lián)想到了燒杯與錐形瓶具體形狀差異而想象到了液體下落中的情形不同、重在強調(diào)防止氧化)而前面三個答案均強調(diào)保溫作用或揮發(fā)二者是有聯(lián)系的。但筆者認為錐形瓶雖然可以減少揮發(fā)從而達到保溫聚氣的作用，但是沒必要保濾液的溫。下一步降溫冷卻結晶，口子小減少揮發(fā)、因為乙醇是易燃物按照實驗安全操作規(guī)則采用小口徑儀器錐形瓶盛裝?；蛘叽鸢杆乃鲥F形瓶來接必然是懸空方式，燒杯來接必然是接觸式流下(否則會四處飛濺)再根據(jù)這種流下方式不同接觸氧氣的程度不同從氧化角度來答題。三、查閱試題相應文獻[1]，下面是部分內(nèi)容摘取21.試劑極含乙醇95％三級(化學純)試劑提純工業(yè)硫化鈉時裝置和部分說明(裝置見圖2)圖2本實驗所用的硫化鈉是山西省運城鹽化局鹽化二廠生產(chǎn)的含Na2S63%、H2O35%左右其余為雜質(zhì)的片狀工業(yè)硫化鈉，乙醇為北京化工廠生產(chǎn)的含乙醇95%的三級(化學純)試劑。稱取片狀工業(yè)硫化鈉140克，三口燒瓶(2000mL)中間的大口裝800mm(管徑)的球形冷凝管，左邊小口裝溫度計，右邊小口裝添加乙醇及水的分液漏斗，從漏斗中加入95%的試劑乙醇1000mL，加入NaOH2克、加水，在水浴上回流1.5小時，待乙鈉溶液(乙醇和氫氧化鈉)被硫化鈉飽和以后，保溫沉降5分鐘，吸濾(抽濾)、冷卻，待濾液結晶后再吸濾，用200mL乙鈉分三次洗滌濾餅，吸干濾餅稱重即可得到無色結晶產(chǎn)品(Na2S?xH2Ox=5~6)。母液可循環(huán)使用三次后用蒸餾法回收乙醇和硫化鈉。2.工業(yè)酒精(95%的工業(yè)酒精價格便宜)瀝取工業(yè)硫化鈉法時的裝置和部分說明裝置如圖3圖33在非水溶劑瀝取法制取優(yōu)質(zhì)硫化鈉中，使用了試劑乙醇為溶劑，由于試劑乙醇的價格較高，因此就想到是否可以用工業(yè)酒精代替試劑乙醇的問題。據(jù)此，進行了用工業(yè)酒精代替試劑乙醇瀝取工業(yè)硫化鈉的試驗。方法步驟與第一種相同所得產(chǎn)品經(jīng)分析同樣得到了無色優(yōu)質(zhì)硫化鈉(Na2S?xH2O)。3.工業(yè)酒精瀝取“黑灰”法，采用“黑灰”代替工業(yè)硫化鈉同樣的方法步驟也可以制得無色優(yōu)質(zhì)硫化鈉。這里的黑灰即為高考中出現(xiàn)的工業(yè)生產(chǎn)硫化鈉粗品第一步反應的產(chǎn)物。文獻中介紹的這三種結晶純化硫化鈉方法，步步深入改變試劑或原料，但實驗操作方法步驟和最終的效果是一致的。四、結合高考對該實驗深層次解讀實驗目的要制得符合化學試劑規(guī)格的優(yōu)質(zhì)硫化鈉，傳統(tǒng)方法是用氰化鈉對工業(yè)硫化鈉加工精制，缺點氰化鈉是劇毒劑。而在堿性水溶液中，標準電極電勢[2]S→S2-為-0.48伏，O2→OH-標準電極電勢為+0.401伏。因而在標準態(tài)下空氣中的氧可以將溶液中的S2-離子氧化為S，后者進一步與前者反應生成多硫化合物Na2Sx(x=2—6)，因多硫化合物(溶于乙醇)的存在將影響產(chǎn)品的顏色，加入1％—2%的NaOH時產(chǎn)物的顏色可大為改善甚至消除這可能是在OH-離子存在下多硫離子產(chǎn)生歧化反應的緣故。根據(jù)硫化鈉可溶于極性較大的非水溶劑中且極性越大溶解度越大，已知極性大?。核炯状迹疽掖?，硫化鈉在三者中溶解度大小同樣如此，但是S2-和鐵制設備反應的產(chǎn)物也是影響硫化鈉產(chǎn)品質(zhì)量的原因，加上氧氣氧化由此想在水溶液中制取優(yōu)質(zhì)硫化鈉很困難。甲醇同樣有毒，所以極性較大的低級醇類乙醇便成了首選。同時考慮到在乙醇溶劑中，S→S2-和O2→OH-的電極電勢肯定不同于在水溶液中。實驗表明該方法可制得優(yōu)質(zhì)硫化鈉，高等學校試用教材《無機化學試驗》一書已采用為實驗[3]。五、試題與文獻比較結合中學教學實際思考出題者考查方向高考試題基本上采用了文獻中圖3中的裝置圖和第三種所述原材料，結合我國國情是用煤粉還原芒硝法生產(chǎn)工業(yè)用硫化鈉，所得第一步產(chǎn)物稱之為“黑灰”，含硫化鈉約75%，水約5%，其余為雜質(zhì)渣約為20%均不溶于乙醇(可能有Na2SO4、Na2S2O3、Na2CO3、鐵的化合物和炭等有了這些明確信息不加沸石才能讓人理解)，通過乙醇長達1.5個小時的回流制成乙醇的硫化鈉飽和溶液。同時回流也可以大大的節(jié)約乙醇用量，將此溶液趁熱過濾(應該采用吸濾即抽濾)，濾液自然或強制冷卻硫化鈉即可結晶析出，再過濾、洗滌(95%的冷乙醇洗或者用母液洗)即可獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。只不過實際生產(chǎn)中母液尚需循環(huán)使用三次后再用蒸餾法回收乙醇和硫化鈉，這里沒有提及?？傮w來說所考查內(nèi)容也談不上最新最前沿知識，反而是近代(幾十年前)就有的工業(yè)生產(chǎn)知識，內(nèi)容恰好也是學生最熟悉的結晶提純但問題的問法讓考生措手不及。實際上的實驗過程也是回流時間最長而其它操作耗時均幾分鐘左右，筆者認為這三個問的問法確實有待商榷。為什么要回流且長時間充分回流，為什么要用乙醇做溶劑，乙醇做溶劑與水做溶劑時的區(qū)別，注意防火且還要回收乙醇，硫化鈉易水解易被氧化、趁熱過濾最好采用抽濾及母液的循環(huán)使用等等才是核心要點或考查點。六、對高考試題的再認識既教師教學的反思高考已結束，今年高考全國甲卷理科綜合卷也不再公布官方答案，毫無疑問今年甲卷實驗大題分值最高、考生失分也最嚴重，在選拔性考試面前高分意為著成功。但是這個傳統(tǒng)意義上的純化重結晶試驗，讓考生有點抓狂相信答案也不一刀切合理即可。做為教師教學應該意識到光機械式的大量練題固然可以培養(yǎng)出解題機器人、速度超快，但是可能忽略了學科核心思想、核心本質(zhì)其負面影響可能是致命的。這里考查操作沒有標準答案只有最佳答案、越來越強調(diào)化學來源于生產(chǎn)生活，更要服務于生產(chǎn)生活。因為大量練題，思維固化變得僵硬單一、往往固執(zhí)于一端生搬硬套。降低了解題的